CN103861983A

CN103861983A - 快锻压机伺服直驱液压系统

Info

Publication number: CN103861983A
Application number: CN201210480546.2A
Authority: CN
Inventors: 向树民; 高俊峰; 何琪功; 卢光荣
Original assignee: LANZHOU LS HEAVY MACHINERY CO Ltd
Current assignee: LANZHOU LS HEAVY MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-18

Abstract

一种快锻压机伺服直驱液压系统，属于快锻压机液压传动控制领域，主要由主缸、双向定量泵、伺服电机、溢流阀、单向阀、液压管道、压机主缸的无杆腔和有杆腔等组成，所述的双向定量泵的出油口、进油口分别连接到无杆腔和有杆腔，由伺服电机直接带动双向定量泵运行；采用伺服电机-定量泵组直接驱动液压执行机构，实现压机连续运行；伺服直驱液压系统将原有的压机液压系统中的控制对象（阀或者泵）转移到对电机的控制，并将电机工作方式由连续工作方式改进为间歇工作方式。本快锻压机伺服直驱液压系统可以有效提高机组效率、降低能源消耗和改善生产环境，从而使压机运行更加精准、平稳、节能、环保，整体提升我国锻压装备技术水平。

Description

快锻压机伺服直驱液压系统

技术领域

本发明属于锻造行业快速锻造液压机组传动控制领域。

背景技术

自世界上第一台锻造水压机诞生以来，液压机的传动型式经历了水泵-蓄势站和油泵直传两次重大的发展。目前，油泵直接传动控制系统发展为两种控制方式,即阀控方式和泵控方式。

阀控方式即定量泵-节流阀节流调速的阀控系统。通过投入不同台数的油泵和节流阀、比例压力阀组成联合控制方式，来实现不同锻造速度的要求，能够满足高压、大流量、频繁换向的快速而无冲击的工作需要，连续完成空程、加压行程、卸载及回程循环工作周期。阀控方式结构复杂，且有大量多余高压油的溢流，机组效率较低，造成大量的能量浪费。

泵控方式即泵输出控制的容积调速模式。通过径向柱塞泵上的伺服阀控制泵的伺服机构，来改变摇杆的偏角，从而改变泵的流量和排油换向，使压机能连续完成空程、压下、卸压及回程，整个连续过程逼近光滑的正弦曲线，使系统运行平稳，快锻次数提高。但是泵控方式所需泵、阀等元件十分昂贵，对油液清洁度要求高，使用条件苛刻，使用和维护成本高，并且因为油泵空循环时间段平均占工作时间超过50%，造成了能量的大量浪费。

发明内容

为了克服上述两种控制方式的缺点，简化快锻压机液压系统结构，提高机组效率，降低能耗，使快锻压机在运行快速的基础上更加精准、平稳、节能、环保，本发明提出了快锻压机伺服直驱液压系统。

具体的技术方案是：整个快锻压机液压系统主要由主缸活塞杆9、双向定量泵2、伺服电机1、比例溢流阀4、单向阀6、液压管道3、压机主缸的无杆腔7和有杆腔8组成，所述的双向定量泵2的出油口、进油口分别连接到压机主缸的无杆腔7和有杆腔8，伺服电机1连接双向定量泵2；采用伺服电机-定量泵组直接驱动液压执行机构（油缸和电机等），即通过控制伺服电机1的力矩、转速与转角来控制双向定量泵2输出的液压油流量与压力，驱动液压执行元件动作，实现压机连续运行。伺服直驱液压系统将原有的压机液压系统中的控制对象（阀或者泵）转移到对电机的控制，并将电机工作方式由连续工作方式改进为间歇工作方式。伺服直驱液压系统通过设计控制校正环节算法来弥补压机系统固有特性与给定的偏差以及电机运行状态反馈与给定的偏差，从而将控制量送给伺服驱动装置，驱动伺服电机按预期的正弦模式运行，进而泵的转速、输出的流量、压力也实现正弦变化，驱动压机按正弦模式平稳、快速的运行。

本发明提出的快锻压机伺服直驱液压系统能够根据压机运行过程的位移-时间正弦性特点直接控制伺服电机按正弦速度模式运行，一方面使压机运行更加平稳、响应速度更快、冲击振动更小；另一方面当压机不工作时，电机停止运行，可以有效提高机组效率、降低能源消耗和改善生产环境，从而使压机运行更加精准、平稳、节能、环保。以一台阀控方式4500吨快锻压机机组为例：机组功率为4200KW，每天工作时间为20小时，节能按15%计算，每天可节约12300度电能。工业用电按1元/度计算，每天可节约电费12300元。一年可节约电费448.95万元。故本系统的研究与应用符合节能减排和低碳经济的要求，符合社会可持续发展要求。

附图说明

图1为伺服直驱液压系统构成示意图

图中：1-伺服电机；2-双向定量泵；3-液压管路；4-比例溢流阀；

5-油箱；6-单向阀；7-主缸无杆腔；8-主缸有杆腔；9-主缸活塞杆；

10-上砧；11-被锻件棒料；12-下砧。

图2为伺服直驱液压系统控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

图1为本发明提出的快锻压机伺服直驱液压系统构成示意图。整个快锻压机液压系统主要由主缸活塞杆9、双向定量泵2、伺服电机1、比例溢流阀4、单向阀6以及液压管道3组成;伺服电机1连接并带动双向定量泵2运行，双向定量泵2的出油口、进油口分别连接到压机主缸的无杆腔7和有杆腔8。无杆腔7进油、有杆腔8排油时压机压下；有杆腔8进油、无杆腔7排油时压机回程。这样通过控制伺服电机1的力矩、转速与转角来控制定量泵输出的液压油流量与压力，驱动主缸活塞杆9动作，带动上砧10动作，配合下砧12，从而实现压机完成对被锻件棒料11的锻造过程。伺服电机1换向时，带动双向定量泵2进出油口换向，从而可以使压机上砧10压下时有杆腔8的油被直接送到无杆腔7，压机回程时无杆腔7排出的油直接进入有杆腔8，减少了系统溢流，从而极大地减少了能量损失。由于无杆腔7比有杆腔8面积大，所以在双向定量泵2接无杆腔7一端的管道上设置了比例溢流阀4，当压机回程时，无杆腔里7多余的油通过溢流阀溢流到油箱5；而在双向定量泵2连接有杆腔8一端的管道上通过单向阀6连接到油箱5，当压机上砧10压下时，通过泵从油箱里补充一部分油，和有杆腔8排出的油一并注入到无杆腔7。由于压机连续运行时其位移-时间曲线逼近于正弦曲线，所以伺服直驱液压系统只需按照正弦模式控制伺服电机的运行速度和力矩，就可实现压机平稳、快速的运行。

图2所示为伺服直驱液压系统控制框图。伺服直驱液压系统控制的对象是伺服电机，想要实现电机按照正弦曲线运行，就要通过设计控制校正环节的算法来弥补压机系统固有特性与给定的偏差以及电机运行状态反馈与给定的偏差，从而将控制量送给伺服驱动装置，驱动电机按预期的正弦模式运行，进而泵的转速、输出的流量、压力也实现正弦变化，驱动压机按正弦模式平稳、快速的运行。

本发明提出的伺服直驱液压系统将原有的压机液压系统中的控制对象（阀或者泵）转移到对电机的控制，并将电机工作方式由连续工作改进为间歇工作方式，将有效提高机组效率、降低能源消耗和改善生产环境，整体提升我国锻压装备技术水平。

注释：

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助电机间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

Claims

1.一种快锻压机伺服直驱液压系统，其特征是：整个快锻压机液压系统主要由主缸活塞杆（9）、双向定量泵（2）、伺服电机（1）、比例溢流阀（4）、单向阀（6）、液压管道（3）、压机主缸的无杆腔（7）和有杆腔（8）组成，所述的双向定量泵（2）的出油口、进油口分别连接到所述的压机主缸的无杆腔（7）和有杆腔（8），所述的伺服电机（1）连接双向定量泵（2）；伺服电机-定量泵组直接驱动液压执行机构油缸和电机，即通过控制伺服电机的力矩、转速与转角来控制双向定量泵输出的液压油流量与压力，驱动液压执行元件动作，实现压机连续运行。

2、按权利要求1所述的快锻压机伺服直驱液压系统，其特征是：将原有的压机液压系统中的控制对象（阀或者泵）转移到对电机的控制，并将电机工作方式由连续工作方式改进为间歇工作方式。

3、按权利要求1所述的快锻压机伺服直驱液压系统，其特征是：通过设计控制校正环节算法来弥补压机系统固有特性与给定的偏差以及电机运行状态反馈与给定的偏差，从而将控制量送给伺服驱动装置，驱动伺服电机按预期的正弦模式运行，进而泵的转速、输出的流量、压力也实现正弦变化，驱动压机按正弦模式平稳、快速的运行。